Розрахунок системи гарячого водопостачання

Визначимо річну потребу теплоти на ГВП. В загальному випадку формула має вигляд:

, (3.4)

де ; (3.5)

, (3.6)

де – середньогодинне споживання теплоти за опалювальний (зимовий) період на ГВП установи, Гкал/год;

– середньогодинне споживання теплоти в неопалювальний (літній) період на ГВП установи, Гкал/год;

350 – число діб роботи системи ГВП за рік. Оскільки дані про коригування за бажанням споживача цієї величини відсутні, приймаємо дану величину без змін.

Для визначення річної потреби теплоти на ГВП розрахуємо середні витрати теплоти на ГВП в неопалювальний та опалювальний періоди. Відповідно формули:

, (3.7)

де – температура холодної (водопровідної) води в літній період, ;

за відсутності даних, СНиП дозволяється прийняти ;

– температура холодної (водопровідної) води в опалювальний період, ; за відсутності даних, СНиП дозволяється прийняти ;

– коефіцієнт, що враховує зниження середнього динної витрати води на ГВП в літній період; для адміністративних будівель ;

– середня витрата теплоти за опалювальний період на ГВП, що знаходиться як:

, (3.8)

де – норма споживання води на ГВП при на одиницю виміру за добу, кг/добу, береться за даними СНиП 2.04.01-85 (табл. 5, додаток А); для досліджуваної установи, що адміністративною будівлею встановлено норму споживання гарячої води 5 кг/добу у розрахунку на одного працівника. Також адміністративно-побутовий комплекс ремонтно-механічного заводу має власну їдальню, яка готує близько 30 умовних страв щоденно. Для закладів харчування встановлено норму 12,7 кг/добу на 1 умовну страву;

– кількість одиниць виміру за добу (кількість співробітників в установі); за даними переліку співробітників станом на 2011 рік у адміністративно-побутовому комплексі працюють 50 осіб;

– питома теплоємність води, ;

1,2 – коефіцієнт, що враховує тепловтрати в приміщенні від трубопровідних систем ГВП.

Отже, підставляючи числові дані у формули (3.4) - (3.8) відповідно, отримаємо:

;

;

;

;

.

3.3.4 Розрахунок системи вентиляції

Розрахуємо річну потребу в теплоті на вентиляцію. Оскільки дані про величину годинного споживання теплоти на потреби вентиляції відсутні, то річну потребу в теплоті на вентиляцію визначатимемо за формулою:

, (3.9)

де – об’єм будівлі, що вентилюється, м³; в даному випадку ;

– питома вентиляційна характеристика будівлі; для досліджуваної будівлі, що за призначенням є адміністративною установою, з кубатурою більше 5000-10000 м³ та спорудженої до 1980 року ;

– усереднене за опалювальний період число годин роботи системи вентиляції протягом доби, беруть залежно від призначення й режиму роботи установи, але не більше загальної кількості годин їх роботи за добу; отже, для досліджуваного об’єкту для вибору значення орієнтуватимемось на тривалість роботи, отже .

Отже, наразі отримуємо (3.9):

.

3.3.5 Розрахунок втрат теплоти через огороджувальні конструкції

Для детального аналізу системи теплопостачання об’єкту необхідно дослідити стан огороджувальних конструкцій, оскільки при визначення втрат теплової енергії велику роль може відігравати інфільтрація повітря. Отже, розглянемо та проаналізуємо поточний стан огороджувальних конструкцій адміністративно-побутового комплексу Антрацитовського ремонтно-механічного заводу.

При обстеженні огороджувальні конструкції отримали оцінку задовільно. Оскільки мають місце значні недоліки, усунення яких могло б значно скоротити інфільтрацію та, відповідно, витрати на опалення будівлі.

Адміністративно-побутовий комбінат розташований по вул. Парковій, 19 у м. Антрацит Луганської області. Основою стін є цегла з шириною кладки

0,5 м, інші шари – штукатурка.

Дах має задовільний стан у зв’язку з накладанням шарів руберойду. Він складається з наступних шарів: залізобетонні плити (0,38 м), керамзит (0,1 м), цементна стяжка (0,04 м), руберойд (0,005 м).

Підлога також має задовільний стан і складається з таких шарів: бетон на щебені (0,25 м), цементна стяжка (0,05 м), лінолеум (0,004 м).

Вікна адміністративно-побутового комплексу – подвійні, віконні рами дерев`яні, роздільні. Площа оскління – 270 м². Стан вікон не задовільний. Загальна кількість вікон – 78 шт. Розрахуємо тепловтрати через огороджувальні конструкції.

Стіни:

- цегла з λ=0,58 товщиною δ=0,5 м;

- штукатурка із вапняно-піщаного розчину λ=0,81 товщиною δ=0,01 м;

Опір теплопередачі становить:

Коефіцієнт теплопередачі стіни становить:

Вікна:

- роздільні з подвійним осклінням з дерев’яною основою . Відстань між рамами ,товщина скла .

Тоді термічний опір вікон:

,

де - внутрішній та зовнішній коефіцієнти тепловіддачі повітря для вікон, ккал/(м²год ^оС);

=4 ккал/(м²год ^оС);

=12 ккал/(м²год ^оС); м – товщина скла; – теплопровідність скла;

м – товщина повітряного прошарку; – теплопровідність повітря.

;

Коефіцієнт теплопередачі вікон:

Стеля:

- залізобетонні плити з λ=1,69 товщиною δ=0,38 м;

- керамзит з λ=0,29 товщиною δ=0,1 м;

- цементна стяжка з λ=0,93 товщиною δ=0,04 м;

- руберойд з λ=0,17 товщиною δ=0,005 м.

Опір теплопередачі становить:

Коефіцієнт теплопередачі стелі становить:

Двері:

- дерев’яні з R_дверей=0,43

Коефіцієнт теплопередачі дверей:

Підлога

Коридори та кабінети:

- бетон на щебені з λ=1,3 товщиною δ=0,4 м;

- цементна стяжка з λ=0,93 товщиною δ=0,04 м;

- лінолеум з λ=0,02 товщиною δ=0,004 м.

Опір теплопередачі підлоги становить:

Коефіцієнт теплопередачі підлоги становить:

Сходи та сходові клітини:

- бетон суцільний з λ=1,69 товщиною δ=0,38 м;

- цементно-піщаний розчин з λ=0,47 товщиною δ=0,04 м;

- плити облицювальні керамічні з λ=0,89 товщиною δ=0,07 м;

Опір теплопередачі підлоги становить:

Коефіцієнт теплопередачі підлоги становить:

Оскільки маємо неоднорідні типи підлоги, то визначимо коефіцієнт теплопередачі підлоги будівлі як середьнозважену величину (5% площі – сходи та сходові клітини, решта – коридори та кабінети ):

Розрахуємо тепловтрати через огороджувальні конструкції. В загальному вигляді тепловтрати через огороджувальні конструкції визначаються:

, (3.10)

де , , , , – відповідно теплові втрати крізь стіни, вікна, двері, стелю (дах) та підлогу.

Тепловтрати конструкцій визначаються за формулою:

, (3.11)

де – коефіцієнт теплопередачі зовнішніх огороджень, (Вт/(м^{2 0}С));

– площа поверхні огороджувальної конструкції (зовнішні стіни розраховуються за зовнішніми розмірами; вікна – за розмірами в світлі; підлога, стеля – по внутрішнім розмірам);

– різниця температур ( – розрахункова температура внутрішнього повітря, ⁰С; – розрахункова температура зовнішнього повітря для проектування опалення, ⁰С;

– додаткові втрати теплоти в долях від основних (але ), (додаток А, рис. 1);

– опір теплопередачі огородження, що розраховується за наступною формулою (крім підлоги на ґрунті):

, (3.12)

де , – коефіцієнти тепловіддачі на внутрішній та зовнішній поверхні огороджень (додаток Б, табл. 6), (Вт/(м^{2 0}С));

– опір теплопередачі шару, ((м^{2 0}С)/Вт).

Розрахуємо коефіцієнти теплопередачі зовнішніх огороджень згідно до (3.12).

Стіни:

;

.

Стеля (дах):

;

.

Розрахуємо тепловтрати через огороджувальні конструкції згідно до (3.11).

Стіни:

Стеля (дах):

Підлога (1 поверх):

4. Вікна:

5. Двері:

Отже, загальні тепловтрати через огороджувальні конструкції становлять (3.10):

Теплове навантаження будівлі за вирахуванням тепло надходжень від кількості працюючих людей (за реєстром співробітників близько 60 % працюючих в досліджуваній установі жіночої статі, тепловиділення яких становить близько 85 Вт на особу, а решта – чоловічої статі, 100 Вт на особу):

,

де 1,1 – коефіцієнт, що враховує додатковий тепловий потік від опалювальних приладів за рахунок округлення понад розрахункову величину до потрібного типорозміру;

1,02 – коефіцієнт обліку додаткових втрат теплоти опалювальними приладами, розташованими у зовнішніх огорож за відсутності теплозахисних екранів.

Розраховані тепловтрати через огороджувальні конструкції вказують на необхідність покращення стану огороджувальних конструкцій, проведення відновлювально-ремонтних заходів та розгляду можливості створення «енергетичного паспорту».

3.3.6 Втрати теплоти на інфільтрацію

Приміщення

Розраховується для кожного опалювального приміщення, що має одне або більша кількість вікон або балконних дверей в зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря в об’ємі однократного повітрообміну в годину по формулі:

(3.13)

де – площа підлоги приміщення, м²;

h – висота приміщення від підлоги до стелі, м.

Вестибюлі:

(3.14)

де Н – висота будівлі, м;

р – кількість людей, що знаходяться в будівлі;

В – коефіцієнт, що враховує кількість вхідних тамбурів. При одному тамбурі (двоє дверей) В=1,0.

Сумарні витрати теплоти на інфільтрацію дорівнюватиме:

3.4 Розрахунок нагрівальних приладів

Вибір типу нагрівальних приладів робиться одночасно з вибором системи опалювання. Чим вище за вимогу до мікроклімату приміщень, тим більше високі вимоги пред'являються до вибору опалювальних приладів.

Чавунні радіатори (рис. 3.4) збирають з окремих секцій за допомогою ніпелів з ковкого чавуну, що мають з одного боку зовнішню праве і з іншого боку, - ліве різьблення. При обертанні ніпеля він вкручується одночасно в дві секції, що сполучаються, зближуючи їх. Для ущільнення стиків використовуються прокладення з прооліфленого картону.

Тепловий розрахунок приладів полягає у визначенні площі зовнішньої нагрівальної поверхні кожного опалювального приладу, що забезпечує необхідний тепловий потік від теплоносія в приміщення. Розрахунок проводиться при температурі теплоносія, що встановлюється для умов вибору теплової потужності приладів. Для теплоносія води – це максимальна середня температура води в приладі, пов'язана з її витратою.

Рисунок 3.4 – Чавунний радіатор МС-140-АО

Теплова потужність приладу, тобто його розрахункова тепловіддача Q_np, визначається, як відомо, теплопотребою приміщення за вирахуванням тепловіддачі теплопроводів, прокладених в цьому приміщенні.

Площа поверхні, що віддає тепло, залежить від набраного вигляду приладу, його розташування в приміщенні і схеми приєднання до труб.

Вибираємо однотрубну систему опалення з чавунними радіаторами типу МС-140-АО.

Інші вихідні дані:

- температура гарячої води, що поступає в нагрівальний прилад, t_вх = 95 °С;

- температура зворотної води, що поступає з нагрівального приладу,

t_вих = 70 °С;

- розрахункова температура внутрішнього повітря t_в = 18 °С;

- кількість стояків – 15;

- довжина (висота) одного стояка – 3,2 м (на кожному з поверхів);

- діаметр стояка – 25 мм;

- середня довжина однієї підводки – 3 м;

- діаметр підводки – 20 мм;

Спосіб установки радіаторів - закритий.

Спосіб приєднання приладу - подача води в прилад через верхню пробку і видалення через нижню.

1-й поверх

Сумарні теплові втрати дорівнюватимуть:

Дійсна витрата води в приладі дорівнюватиме:

(3.15)

де – сумарні теплове навантаження першого поверху, кВт;

– питома теплоємність води, .

Отже, отримуємо (3.15):

Відносна витрата води через прилад - відношення витрати води через 1 екм приладу до нормальної витрати, рівної 17,4 кг/(год∙екм) (для радіаторів). Відносну витрату води обчислюють за формулою:

(3.16)

екм – умовна поверхня нагріву приладу з тепловіддачею 506 Вт при ,

де

Отримуємо (3.16):

Орієнтовна площа радіатора дорівнюватиме:

(3.17)

де – тепловіддача приладу (радіатора).

Отже (3.17),

Порівнюємо:

Отже, для чавунних секційних радіаторів зі схемою живлення зверху донизу, маємо:

(3.18)

де відносну витрату води через прилад визначаємо по емпіричній формулі:

(3.19)

У формулі (3.19) середню температуру теплоносія в приладі, знайдемо як:

Отже (3.19):

У формулі (3.18) різницю температур знаходимо за формулою:

(3.20)

де – пониження температури води в магістралях з діаметром .

Знаходимо за (3.18):

Еквівалентна поверхня нагрівального приладу:

(3.21)

де – коефіцієнт, який враховує охолодження води в стояках;

– коефіцієнт, який враховує спосіб встановлення приладу.

Отже, еквівалентна поверхня нагрівального приладу дорівнюватиме (3.21):

Розрахункова площа опалювального приладу розраховується за формулою:

(3.22)

(3.23)

де – довжина вертикальних труб (стояк);

– довжина горизонтальних труб (підводка);

Відносні поверхні вертикальних (d_у = 25 мм) та горизонтальних (d_у = 20 мм) труб, знаходимо:

Отже, матимемо (3.23), (3.22):

Порівнюємо:

що задовольняє умові.

Визначимо число секцій опалювальних приладів:

(3.24)

де – поверхня нагріву однієї секції.

Маємо:

Визначимо кількість секцій у кожному радіаторі:

Приймаємо у кабінетах, розташованих на північній стороні, радіатори з 10-ма секціями (10 радіаторів), а в усіх інших по 9 секцій (20 радіаторів). Тоді загальна кількість секцій дорівнюватиме:

2-й поверх

Сумарні теплові втрати дорівнюватимуть:

Дійсна витрата води в приладі дорівнюватиме (3.15):

Відносну витрату води обчислюють за формулою (3.16):

Орієнтовна площа радіатора дорівнюватиме (3.17):

Порівнюємо:

У формулі (3.19) середню температуру теплоносія в приладі, знайдемо як:

Отже (3.19):

Різницю температур знаходимо за формулою (3.20):

Отже, для чавунних секційних радіаторів зі схемою живлення зверху донизу, маємо (3.18):

Еквівалентна поверхня нагрівального приладу (3.21):

де – коефіцієнт, який враховує охолодження води в стояках;

Розрахункова площа опалювального приладу розраховується за формулою (3.22), (3.23):

Порівнюємо:

що задовольняє умові.

Визначимо число секцій опалювальних приладів (3.24):

Визначимо кількість секцій у кожному радіаторі:

Приймаємо у всіх кабінетах радіатори з 8-ма секціями. Тоді загальна кількість секцій дорівнюватиме:

3-й поверх

Сумарні теплові втрати дорівнюватимуть:

Дійсна витрата води в приладі дорівнюватиме (3.15):

Відносну витрату води обчислюють за формулою (3.16):

Орієнтовна площа радіатора дорівнюватиме (3.17):

Порівнюємо:

У формулі (3.19) середню температуру теплоносія в приладі, знайдемо як:

Отже (3.19):

Різницю температур знаходимо за формулою (3.20):

Отже, для чавунних секційних радіаторів зі схемою живлення зверху донизу, маємо (3.18):

Еквівалентна поверхня нагрівального приладу (3.21):

де – коефіцієнт, який враховує охолодження води в стояках;

Розрахункова площа опалювального приладу розраховується за формулою (3.22), (3.23):

Порівнюємо:

що задовольняє умові.

Визначимо число секцій опалювальних приладів (3.24):

Визначимо кількість секцій у кожному радіаторі:

Приймаємо у всіх кабінетах радіатори з 14-ма секціями. Тоді загальна кількість секцій дорівнюватиме:

3.5 Аналіз теплопостачання на підприємстві

Для аналізу системи теплопостачання всього заводу необхідно володіти даними щодо поточного тепло споживання. З 2011 року тариф на тепло споживання для підприємств у Луганській області становить 870,912 грн/Гкал. Наведемо інформацію щодо тепло споживання будівлі у вигляді таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 Споживання теплової енергії за період 2011-2013 роки

Місяць	2011 рік	2012 рік	2013 рік
Гкал	тис. грн	Гкал	тис. грн	Гкал	тис. грн
Січень		883,976		857,848		791,659
Лютий		817,787		865,687		394,523
Березень		593,091		600,058		350,107
Квітень		264,757		257,789		140,217
Травень		117,573		110,606		110,606
Червень		110,606		111,477		84,478
Липень		107,122		110,606		99,284
Серпень		110,606		111,477		95,800
Вересень		114,089		109,735		102,769
Жовтень		323,979		309,174		294,368
Листопад		526,902		559,996		401,490
Грудень		802,981		806,465		637,508
Всього		4773,469		4810,918		3502,808

По наведеним даним побудуємо графічні залежності спожитої теплової енергії та відповідним місяцем (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Графіки споживання теплової енергії за 2011-2013 роки

Як бачимо з рис. 3.5 найбільше споживання теплової енергії припадає на опалювальний сезон, тобто в період з жовтня по квітень, як в найхолодніший час. У весняні та осінні місяці споживання теплоти зменшується у звязку з поліпшенням погодних умов. У літній період споживання найменше, тому працює лише одна котельня з двох. Споживання теплоти у цей період йде на роботу бані, столової та пральні. Однак, бачимо, що по роках теж є нерівномірності у споживанні теплової енергії, що можна пояснити даними гідрометцентру, що свідчать про те, що середньорічна температура повітря за 2013 рік, у порівнянні з даними за 2011-2012 роки, значно нижча, а також це зумовлено підвищенням річної норми опадів, які спричиняють надмірну вологість у приміщеннях, а тому виникає необхідність підвищити норму споживання теплової енергії для компенсації надмірної вологості.

Згідно до проаналізованої інформації пропонується реалізувати наступні заходи для підвищення енергоефективності об’єкту.

Заходи з енергозбереження

3.6.1 Утеплення стін

Поточний стан.

Стіни знаходяться в незадовільному стані. В зимній період в приміщеннях не підтримується необхідна температура.